KR20100095018A

KR20100095018A - 전도성 접착제 전구체, 그 사용 방법, 및 용품

Info

Publication number: KR20100095018A
Application number: KR1020107015785A
Authority: KR
Inventors: 마이클 에이 크로프; 로버트 엘디 제너
Original assignee: 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date: 2007-12-18
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2010-08-27
Also published as: KR101642521B1; TW200946633A; TWI457415B; CN101903485A; WO2009079216A1; EP2231803A1; EP2231803B1; KR20150095943A; CN101903485B; KR101658328B1; US20090155597A1; ATE524532T1; JP2011506751A

Abstract

전도성 접착제 전구체는 폴리에폭사이드, 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트, 전도성 섬유, 사실상 구형인 전도성 입자, 요변제, 광개시제, 및 열 경화제를 갖는다. 전도성 접착제 전구체는 경화되어 2개의 기재를 함께 접합하는 데 유용한 전도성 접착제를 형성할 수 있다.

Description

전도성 접착제 전구체, 그 사용 방법, 및 용품{CONDUCTIVE ADHESIVE PRECURSOR, METHOD OF USING THE SAME, AND ARTICLE}

전기 전도성 상호 접속(interconnect)을 필요로 하는 전자 조립체에서의 많은 응용예가 있다. 집적 회로 다이 및 스티프너(stiffener)는 흔히 접지될 필요가 있으며, 일반적으로 전도성 접착제를 사용하여 기재에 접합된다. 전도성 접착제 페이스트가 이들 응용예에 흔히 사용된다. 그러나, 이러한 페이스트는 기계적 고정구 없이 제자리에 기재를 유지하기에 충분한 그린 강도(green strength)를 제공하지 못한다. 또한, 이러한 페이스트는 배치 또는 경화 중에 압착되어 짜내어져, 바람직하지 않게 큰 접착제 풋프린트(footprint)로 이어질 수 있다.

전도성 필름 접착제가 또한 전도성 접합을 형성하기 위해 사용되어 왔지만, 이는 전형적으로 다이 커팅(die cutting)을 필요로 하며, 이러한 다이 커팅은 비교적 단기간의 응용예에 적합하지 않으며 또한 전형적으로 상당량의 값비싼 스크랩(scrap)을 발생시킨다.

본 발명에서는 유동가능한 전도성 접착제 (전형적으로 인쇄가능함)를 설명하고 있으며, 이 접착제는 화학 방사선(actinic radiation)을 사용하여 B-스테이지화되고, 이어서 열 경화되어 2개의 기재를 단단히 접합시킬 수 있다. 전도성 접착제는 이들 2개의 기재들 사이에 전기 전도성을 제공한다.

일 태양에서, 본 발명은

a) 20 내지 50 중량%의 적어도 하나의 폴리에폭사이드,

b) 20 내지 50 중량%의 적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트,

c) 20 내지 40 중량%의 전도성 섬유, 및

d) 2 내지 10 중량%의 사실상 구형인 전도성 입자 - 여기서, 성분 a) 내지 d)의 중량%는 성분 a) 내지 d)의 총 중량을 기준으로 함 - 와;

e) 유효량의 적어도 하나의 요변제(thixotrope),

f) 적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트를 위한 유효량의 광개시제, 및

g) 적어도 하나의 폴리에폭사이드를 위한 유효량의 열 경화제를 포함하는 전도성 접착제 전구체를 제공한다.

다른 태양에서, 본 발명은 제1 기재를 제2 기재에 전도성 접합시키는 방법을 제공하는데, 본 방법은

전도성 접착제 전구체를 제1 기재에 적용하는 단계 - 여기서, 상기 전도성 접착제 전구체는

a) 20 내지 50 중량%의 적어도 하나의 폴리에폭사이드,

c) 20 내지 40 중량%의 전도성 섬유, 및

d) 2 내지 10 중량%의 사실상 구형인 전도성 입자 (여기서, 성분 a) 내지 d) 각각의 중량%는 성분 a) 내지 d)의 총 중량을 기준으로 함)와,

e) 유효량의 적어도 하나의 요변제;

f) 적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트를 위한 유효량의 개시제, 및

g) 상기 적어도 하나의 폴리에폭사이드를 위한 유효량의 열 경화제를 포함함 - 와;

적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트의 적어도 일부를 자유-라디칼 중합시켜 전도성 접착제 전구체를 B-스테이지 전도성 접착제 전구체로 변환시키는 단계와;

제2 기재를 B-스테이지 전도성 접착제 전구체와 접촉시키는 단계와;

적어도 하나의 폴리에폭사이드의 적어도 일부를 경화시키는 단계를 포함한다.

또 다른 태양에서, 본 발명은 전도성 접착제에 의해 제2 기재에 접합된 제1 기재를 포함하는 용품을 제공하며, 전도성 접착제는

a) 20 내지 50 중량%의 적어도 하나의 폴리에폭사이드,

c) 20 내지 40 중량%의 전도성 섬유, 및

d) 2 내지 10 중량%의 사실상 구형인 전도성 입자 - 여기서, 성분 a) 내지 d)의 중량%는 성분 a) 내지 d)의 총 중량을 기준으로 함 - 와,

e) 유효량의 적어도 하나의 요변제,

g) 적어도 하나의 폴리에폭사이드를 위한 유효량의 열 경화제를 포함하는 전도성 접착제 전구체의 반응 생성물을 포함한다.

소정 실시 형태에서, 적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트는 적어도 하나의 모노(메트)아크릴레이트 및 적어도 하나의 폴리(메트)아크릴레이트를 포함한다. 소정 실시 형태에서, 전도성 접착제 전구체는 본질적으로 무-용매이다. 소정 실시 형태에서, B-스테이지 전도성 접착제 전구체는 점착성(tacky)이다. 소정 실시 형태에서, 제1 기재 및 제2 기재는 전자 소자 구성요소를 포함한다.

본 발명에 따른 물질 및 방법은 상기 언급된 전도성 접착제 페이스트 및 필름의 단점을 극복한다. 예를 들어, 전도성 접착제 전구체는 기재 상으로 분배, 스텐실화(stenciled), 또는 스크린 인쇄되고, 이어서 B-스테이지화되어 유동가능한 전도성 접착제 전구체가 인쇄된 기재 상의 전형적으로 전도성인 점착성 또는 비-점착성 접착제 데칼(decal)로 변환될 수 있다. 이러한 변환은 인가 압력 및 선택적으로 열에 의해 부착되는 제2 전도성 기재의 부착 동안 접착제의 압착 및 유동을 감소시킨다. 더욱이, 전도성 접착제 전구체를 단지 필요한 곳에만 적용할 수 있기 때문에, 스크랩이 감소되거나 또는 심지어는 본질적으로 제거될 수 있다.

이어서, 접합된 전도성 기재들은 열적 후-경화(thermal post-cure) 사이클에 노출될 수 있으며, 이 사이클은 경화를 완료시킨다. 생성된 구조물은 강력하게 접착되고 우수한 전기적 상호 접속을 나타내는 전도성 표면들을 가진 2개의 기재이다. 본 발명에 따른 전도성 접착제는 전형적으로 등방성이지만, 이것이 필요 조건은 아니다.

유리하게는, 본 발명에 따른 전도성 접착제 전구체는, 인쇄 또는 분배된 전도성 접착제 전구체의 전체 두께를 통한 화학 (예를 들어, 자외(UV)) 방사선의 침투를 여전히 허용하기에 충분히 낮은 충전제 수준에서 높은 전도도를 가능하게 하는 특정 전도성 충전제 (예를 들어, 섬유 및 사실상 구형인 입자)를 함유한다. 이는, 원한다면, 자유-라디칼 중합성 성분 (예를 들어, (메트)아크릴레이트)의 광경화를 가능하게 한다.

달리 명시되지 않는다면, 본 명세서에 사용되는 바와 같이:

"전도성"은 전기 전도성을 의미하며;

"점착성"은 터치(touch)에 대하여 약하게 접착성이거나 끈적끈적한(gummy) 것을 의미하며;

"요변제"는 코팅 재료에 요변성을 부여하기 위해 사용된 첨가제를 의미하며;

"요변성"은 상대적으로 단시간 방치시 가역적으로 굳게(stiffen) 되거나 또는 걸쭉하게(thicken) 되지만 교반 또는 조작시 유동가능한 주도(consistency)로 변하게 할 수 있는 물질의 특성을 말한다.

하나 이상의 실시 형태의 상세 사항은 첨부 도면 및 하기의 설명에 기재된다. 다른 특징, 목적, 및 이점들은 이러한 설명 및 도면으로부터 그리고 특허청구범위로부터 명백해질 것이다.

<도 1>
도 1은 본 발명의 일 태양에 따른 예시적인 용품의 개략적인 측단면도.

본 발명에 따른 전도성 접착제 전구체는 경화성 성분 및 전도성 성분을 포함한다. 경화성 성분은 적어도 하나의 폴리에폭사이드 및 적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트를 포함한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "폴리에폭사이드"는 하나 초과의 에폭시 기를 갖는 화합물을 의미한다. 유용한 폴리에폭사이드는, 예를 들어 지환족 및 방향족 폴리에폭사이드를 포함한다.

유용한 지환족 폴리에폭사이드의 예는 단량체성 지환족 폴리에폭사이드, 올리고머성 지환족 폴리에폭사이드, 및 중합체성 지환족 폴리에폭사이드를 포함한다. 예시적인 유용한 지환족 폴리에폭사이드 단량체는, 예를 들어 3,4-에폭시사이클로헥실메틸 3,4-에폭시사이클로헥산카르복실레이트 (예를 들어, 미국 미시간주 미들랜드 소재의 다우 케미칼 컴퍼니(Dow Chemical Co.)의 "ERL-4221"로서) 및 3,4-에폭시-2-메틸사이클로헥실메틸 3,4-에폭시-2-메틸사이클로헥산카르복실레이트와 같은 에폭시사이클로헥산카르복실레이트; 사이클로헥산다이메탄올의 다이글리시딜 에테르 (예를 들어, 미국 오하이오주 콜럼버스 소재의 헥시온 스페셜티 케미칼스(Hexion Specialty Chemicals)의 "헬록시(HELOXY) 107"로서); 및 수소화 비스페놀 A 다이글리시딜 에테르 (예를 들어, 헥시온 스페셜티 케미칼스의 "에포넥스(EPONEX) 1510"으로서)를 포함한다.

유용한 방향족 폴리에폭사이드는, 예를 들어 단량체성 방향족 폴리에폭사이드, 올리고머성 방향족 폴리에폭사이드, 및 중합체성 방향족 폴리에폭사이드를 포함한다. 예시적인 방향족 폴리에폭사이드는 다가 페놀의 폴리글리시딜 에테르, 예를 들어 비스페놀 A-타입 수지 및 그 유도체; 에폭시 크레졸-노볼락 수지; 비스페놀-F 수지 및 그 유도체; 에폭시 페놀-노볼락 수지; 및 방향족 카르복실산의 글리시딜 에스테르 (예를 들어, 프탈산 다이글리시딜 에스테르, 아이소프탈산 다이글리시딜 에스테르, 트라이멜리트산 트라이글리시딜 에스테르, 및 파이로멜리트산 테트라글리시딜 에스테르), 및 그 혼합물을 포함한다. 예를 들어, 구매가능한 방향족 폴리에폭사이드는 예컨대 헥시온 스페셜티 케미칼스로부터 입수가능한 상표명 "에폰(EPON)" (예를 들어, "에폰 828", "에폰 862", "에폰 1001F, "에폰 DPL-862" 및 "에폰 HPT-1079")을 갖는 방향족 폴리에폭사이드; 및 예컨대 다우 케미칼 컴퍼니로부터 입수가능한 상표명 "DER", "DEN" (예를 들어, "DEN 438" 및 DEN 439") 및 "쿼트렉스(QUATREX)"를 갖는 방향족 폴리에폭사이드를 포함한다.

적어도 하나의 폴리에폭사이드는, 적어도 하나의 폴리에폭사이드, 적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트, 전도성 섬유, 및 사실상 구형인 전도성 입자의 총 합계 중량을 기준으로, 20 내지 50 중량%의 양으로, 전형적으로는 20 내지 40 중량%의 양으로, 그리고 더 전형적으로는 25 내지 35 중량%의 양으로 존재한다.

적어도 하나의 폴리에폭사이드를 위한 유효량의 열 경화제가 전도성 접착제 전구체 내에 포함되어, 이는 충분히 경화되어 2개의 기재들 사이에 강한 접합을 형성시킬 수 있게 된다. 따라서, 용어 "유효량의 열 경화제"는 적어도 최소량을 말한다. 정확한 양은 제형 및 경화 변수로 인해 반드시 달라지겠지만, 그것은 전형적으로 전도성 접착제 전구체의 총 중량을 기준으로 10 중량% 이하이다.

폴리에폭사이드(들)를 위한 유용한 열 경화제는 산 경화제 및 염기 경화제를 포함한다. 유용한 경화제의 예는, 예컨대 BF3·Et2O 및 BF3·H2NC2H4OH와 같은 삼불화붕소 복합체; 예컨대 비스(4-아미노페닐)설폰, 비스(4-아미노페닐) 에테르, 및 2,2-비스(4-아미노페닐)프로판과 같은 폴리아민; 예컨대 다이메틸아미노프로필아민과 같은 지방족 및 방향족 3차 아민; 플루오렌다이아민; 및 개질된 아민 경화제, 예를 들어 미국 펜실베이니아주 알렌타운 소재의 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스(Air Products and Chemicals)로부터 상표명 "안카민(ANCAMINE)" (예를 들어, "안카민 2337S", "안카민 2014", 및 "안카민 2441")으로, 그리고 일본의 아지니모토(Ajinimoto)로부터 상표명 "아지큐어(AJICURE)" (예를 들어, "아지큐어 PN23" 및 "아지큐어 M353")로 구매가능한 것들; 예컨대 메틸이미다졸 및 2,4-다이아미노-6-(2'-메틸이미다졸릴-(1'))-에틸-s-트라이아진 헥사키스(이미다졸)니켈 프탈레이트)와 같은 이미다졸; 예컨대 아디포히드라진과 간은 히드라진; 예컨대 테트라메틸구아니딘 및 다이시안다이아미드 (시아노구아니딘, 또한 일반적으로 DiCy로도 알려짐)와 같은 구아니딘; 및 그 조합을 포함한다.

적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트는 하나 이상의 모노(메트)아크릴레이트(들) 및/또는 폴리(메트)아크릴레이트(들)를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "(메트)아크릴"은 메타크릴 및/또는 아크릴 둘 모두를 포함한다. 예를 들어, 폴리(메트)아크릴레이트는 아크릴레이트 기만을, 메타크릴레이트 기만을, 또는 아크릴레이트 기와 메타크릴레이트 기의 조합을 가질 수 있다.

유용한 자유-라디칼 중합성 모노(메트)아크릴레이트는, 예를 들어 페녹시에틸 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 및 알코올 부분 내에 약 4 내지 약 12개의 탄소 원자를 갖는 3급이 아닌 알코올의 (메트)아크릴 에스테르, 및 그 조합을 포함한다. 이러한 후자의 (메트)아크릴 에스테르 부류 내에는 부틸 (메트)아크릴레이트, 헥실 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메트)아크릴레이트, 옥틸 (메트)아크릴레이트, 아이소옥틸 (메트)아크릴레이트, 데실 (메트)아크릴레이트, 및 도데실 (메트)아크릴레이트가 포함된다.

유용한 자유-라디칼 중합성 폴리(메트)아크릴레이트는, 예를 들어 1,6-헥산다이올 다이(메트)아크릴레이트, 트라이메틸올프로판 트라이(메트)아크릴레이트, 1,2-에틸렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 및 미국 조지아주 스미르나 소재의 유씨비 라드큐어(UCB Radcure)로부터 상표명 "에베크릴(EBECRYL)" (예를 들어, "에베크릴 230", "에베크릴 3605" 및 "에베크릴 8804")로, 그리고 미국 펜실베이니아주 엑스톤 소재의 사토머 컴퍼니(Sartomer Co.)로부터 "CN" (예를 들어, "CN 104")으로 입수가능한 우레탄 및 에폭시 다이(메트)아크릴레이트 올리고머, 및 그 조합을 포함한다.

전형적으로, 자유-라디칼 중합성 모노(메트)아크릴레이트(들) 및 폴리(메트)아크릴레이트(들)의 조합이 사용된다. 일부 실시 형태에서, 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트(들)는 중합에 의해 점착성 B-스테이지 전도성 접착제 전구체 (예를 들어, 감압 접착제)가 생성되도록 선택되지만, 이는 필요 조건은 아니다.

적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트는, 적어도 하나의 폴리에폭사이드, 적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트, 전도성 섬유, 및 사실상 구형인 전도성 입자의 총 합계 중량을 기준으로, 20 내지 50 중량%의 양으로, 전형적으로는 20 내지 40 중량%의 양으로, 그리고 더 전형적으로는 25 내지 35 중량%의 양으로 존재한다.

적어도 하나의 자유-라디칼 경화성 (메트)아크릴레이트를 위한 유효량의 광개시제는 전도성 접착제 전구체 내에 포함되어, 이는 광중합시 전도성 접착제 전구체를 B-스테이지화할 만큼 충분히 경화 (즉, 가열될 경우, 연화되지만 용융되지 않을 정도로 충분히 경화)될 수 있다. 그러므로, 용어 "유효량의 광개시제"는 적어도 최소량을 말한다. 정확한 양은 제형 및 경화 변수로 인해 반드시 달라지겠지만, 그것은 전형적으로 전도성 접착제 전구체의 총 중량을 기준으로 10 중량% 이하이다. 전형적으로, 더 적은 분자량의 광개시제는 전도성 접착제 전구체의 총량을 기준으로 약 0.001 내지 약 4 중량%의 총량으로 사용되며, 더 큰 분자량의 광개시제는 전도성 접착제 전구체의 총 중량을 기준으로 약 0.1 내지 약 8 중량%의 총량으로 사용된다.

예를 들어, 유용한 광개시제는, 치환된 아세토페논, 예를 들어 2,2-다이메톡시-2-페닐아세토페논; 벤조인 에테르, 예를 들어 벤조인 메틸 에테르 및 치환된 벤조인 에테르, 예를 들어 아니소인 메틸 에테르; 치환된 알파-케톨, 예를 들어 2-메틸-2-하이드록시프로피오페논; 벤조페논 및 그 유도체; 포스핀 옥사이드; 중합체성 광개시제; 및 그 조합을 포함한다. 많은 유용한 광개시제가 공급처, 예를 들어 미국 뉴욕주 태리타운 소재의 시바 게이지 코포레이션(Ciba Geigy Corp.)으로부터 상표명 "이르가큐어(IRGACURE)" (예를 들어, "이르가큐어 184", "이르가큐어 651", "이르가큐어 369", 및 "이르가큐어 907") 및 "다로큐르(DAROCUR)" (예를 들어, "다로큐르 1173", "다로큐르 MBF", "다로큐르 TPO", 및 "다로큐르 4265"), 그리고 미국 펜실베이니아주 엑스톤 소재의 사토머 컴퍼니로부터 상표명 "에스카큐어(ESCACURE)"로 구매가능하다.

전도성 성분은 전도성 섬유 및 사실상 구형인 전도성 입자를 포함한다.

전도성 섬유는, 적어도 하나의 폴리에폭사이드, 적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트, 전도성 섬유, 및 사실상 구형인 전도성 입자의 총 합계 중량을 기준으로, 20 내지 40 중량%의 양으로, 전형적으로는 20 내지 35 중량%의 양으로, 그리고 더 전형적으로는 24 내지 28 중량%의 양으로 존재한다.

적합한 전도성 섬유는 벌크 저항률이 약 50 마이크로옴-센티미터 (μΩ-㎝) 미만, 전형적으로 약 4 μΩ-㎝ 미만인 거의 모든 섬유 재료를 포함한다. 전도성 섬유의 예는, 예컨대 구리, 알루미늄, 은, 및 금, 및 그 합금과 같은 전도성 금속의 섬유를 포함한다. 전도성 섬유는 또한 예컨대 전도성-부여제를 천연 또는 합성 중합체에 도입함으로써, 예를 들어 금속 입자를 섬유 내로 혼입시킴으로써 전기 절연 섬유를 개질함으로써 제조될 수 있다. 전도성 섬유는 또한 금속 섬유 상에 금속 도금하거나 또는 달리 코팅함으로써, 또는 비금속 섬유 코어 상에 금속 도금함으로써 형성될 수 있다. 섬유에 대한 금속 도금은 구리, 니켈, 코발트, 은, 금, 팔라듐, 백금, 루테늄, 및 로듐, 및 그 합금을 포함한다. 비금속 섬유 코어는 카본, 흑연, 유리, 폴리에스테르, 및 다른 합성 재료를 포함한다. 예시적인 금속 도금된 섬유는 니켈 도금된 탄소 섬유, 금으로 코팅된 폴리에틸렌 섬유, 금으로 도금된 아크릴 섬유, 로듐으로 코팅된 나일론 섬유, 및 은 코팅된 유리 섬유 (예를 들어, 미국 펜실베이니아주 밸리 포지 소재의 포터스 인더스트리즈(Potters Industries)로부터 "컨덕트-오-필 실버 코티드 이-글래스 파이버(CONDUCT-O-FIL SILVER COATED E-GLASS FIBER) SF82TF20"로서)를 포함한다. 예시적인 금속 섬유는 스테인리스 강 섬유, 구리 섬유, 은 섬유, 알루미늄 섬유, 및 그 조합을 포함한다. 전도성 섬유들의 조합이 또한 사용될 수 있다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, "사실상 구형인 입자"는 구와 유사한 규칙적으로 형상화된 둥근 입자를 말한다. 사실상 구형인 전도성 입자는, 적어도 하나의 폴리에폭사이드, 적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트, 전도성 섬유, 및 사실상 구형인 전도성 입자의 총 합계 중량을 기준으로, 2 내지 10 중량%의 양으로, 전형적으로는 2 내지 8 중량%의 양으로, 그리고 더 전형적으로는 2 내지 5 중량%의 양으로 존재한다.

사실상 구형인 전도성 입자의 예는 알루미늄, 니켈, 금, 구리, 또는 은과 같은 금속 구, 및 알루미늄, 금, 은, 구리, 또는 니켈과 같은 전도성 코팅으로 코팅된 코팅 구리, 니켈, 중합체 또는 유리 구를 포함한다. 또한, 사실상 구형인 솔더 입자, 예를 들어 각 금속의 양이 다양한 납/주석 합금 - 예를 들어, 캐나다의 셰리트 고든 리미티드(Sherritt Gordon Limited)로부터 입수가능한 것 - 이 유용하다. 구매가능한 전기 전도성 입자의 예는 미국 뉴욕주 와이코프 소재의 노바메트(Novamet)로부터 입수가능한 전도성 니켈 구 및 은 코팅된 유리 구 (예를 들어, 포터스 인더스트리즈로부터 컨덕트-오-필 S-3000-S3MM"으로서)를 포함한다.

사실상 구형인 전도성 입자들의 조합이 또한 사용될 수 있다.

전술한 성분들에 더하여, 본 발명에 따른 전도성 접착제 전구체는 유효량의 적어도 하나의 요변제를 포함한다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "유효량"은, 기재에의 전도성 접착제 전구체의 적용 후 유동을 본질적으로 없애기 위해 전도성 접착제 전구체가 형상 안정성을 신속히 형성하기에 충분한 양을 말한다. 요변제는 당업계에 잘 알려져 있으며, 많은 것들이 널리 구매가능하다. 적합한 요변제의 예는, 처리된 및 처리되지 않은 건식 실리카, 예를 들어 미국 매사추세츠주 보스톤 소재의 카보트 코포레이션(Cabot Corp.)으로부터 상표명 "카브-오-실(CAB-O-SIL)"로 그리고 독일 에센 소재의 에보닉 인더스트리즈(Evonik Industries)로부터 상표명 "에어로실(AEROSIL)"로 입수가능한 것들을 포함한다.

요구되는 것은 아니지만, 전도성 접착제 전구체는 소량 (예를 들어, 약 20 중량% 미만)의 하나 이상의 첨가제(들), 예를 들어 점착 부여제 (예를 들어, 비극성 기재에 대한 접착력을 촉진시키기 위해), 염료, 안료, 열가소성 중합체, 비전도성 충전제, 및/또는 커플링제를 추가로 함유할 수 있다.

용매가 전도성 접착제 및/또는 그 전구체 내에 포함될 수 있지만, 일반적으로 그 양을 소량 (예를 들어, 약 20 중량% 미만)으로 제한하는 것이 바람직하다. 유리하게는, 전도성 접착제 및/또는 그 전구체는 본질적으로 무-용매로 또는 심지어는 완전히 무-용매로 제형화될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "본질적으로 무-용매"는 용매의 총 중량을 기준으로 약 1% 미만을 함유함을 의미한다. 용어 "용매"는 총체적으로 조성물의 남아 있는 성분들의 적어도 약간을 용매화할 목적으로 첨가되는 임의의 휘발성 유기 화합물(들) (존재하는 다른 성분들과 반응하지 않음)을 말한다. 예는 톨루엔, 헵탄, 에틸 아세테이트, 메틸 에틸 케톤, 아세톤, 및 그 혼합물을 포함한다.

실제로, 전도성 접착제 전구체는 종래의 혼합 기술, 예를 들어 부드러운 롤링, 롤러 밀링, 또는 볼 밀링을 사용하여 그의 구성 성분들부터 전형적으로 제조된다. 일부 경우에, 혼합을 촉진시키기 위해서 폴리에폭사이드 및/또는 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트를 (예를 들어, 최대 약 80℃까지) 가열하는 것이 유용할 수 있다.

본 발명에 따른 전도성 접착제 전구체는 제1 기재를 제2 기재에 전도성 접합시키는 데 사용될 수 있다. 전형적으로, 그러한 공정에서, 본 발명에 따른 전도성 접착제 전구체는 제1 기재의 전형적으로 전도성인 부분 (예를 들어, 회로 트레이스의 일부)에 적용 (예를 들어, 분배, 스텐실화 또는 스크린 인쇄)된다. 이어서, 전도성 접착제 전구체가 화학 방사선 (예를 들어, 자외선광 및/또는 가시광)에 노출되는데, 이 화학 방사선은 광개시제의 적어도 일부를 분해하고, B-스테이지 전도성 접착제 전구체로 생성되기에 충분한 적어도 하나의 (메트)아크릴레이트의 중합을 일으킨다. 화학 방사선의 공급원은, 예를 들어 저압, 중압 또는 고압 수은 램프, 레이저, 및 제논 플래시 램프를 포함한다. 다음으로, 제2 기재가 B-스테이지 전도성 접착제 전구체와 접촉되게 되며; 이 조합체는 폴리에폭사이드를 충분히 경화시켜 제1 기재와 제2 기재 사이에 확실한 전도성 접합을 달성하도록 하는 조건 (예를 들어, 시간 및 온도) 하에서 (예를 들어, 오븐 내에서) 가열된다.

예시적인 그러한 접합된 용품이 도 1에 도시되어 있으며, 여기서 용품(100)은 전도성 요소(114)가 그 위에 있는 지지체(112)를 갖는 제1 기재(110), 및 전도성 요소(124)가 그 위에 있는 지지체(122)를 갖는 제2 기재(120)를 갖는다. 제1 기재 및 제2 기재는 본 발명에 따른 전도성 접착제(130)에 의해 서로 접합된다.

임의의 기재가 사용될 수 있지만, 전형적으로 이들 기재의 적어도 일부는 전도성일 것이다. 유용한 기재의 예는 전자 소자 (예를 들어, 집적 회로, LED, 소켓), 연성 회로, 및 인쇄 회로 기판의 구성요소를 포함한다.

본 발명의 목적 및 이점은 하기의 비제한적인 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에 인용된 특정 물질 및 그 양뿐만 아니라 기타 조건이나 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

[실시예]

달리 언급되지 않는다면, 이들 실시예 및 본 명세서의 나머지 부분의 모든 부, 백분율, 비 등은 중량 기준이다.

실시예 1

ACR1 (27.6부), 1.4부의 ACR2, 19부의 EP1, 15부의 EP2를 혼합하여 (플라스틱 병 안에서 롤링하여) 조합하였다. 2700 rpm (분당 회전수)으로 작동하는, "DAC 600 FVZ 스피드믹서(SPEEDMIXER)"로서 독일 함 소재의 하우쉴트 엔지니어링(Hauschild Engineering)에 의해 시판되는 원심 혼합기 내에서 혼합하면서, 상기 혼합물에 4.6부의 FUMSIL, 26.1부의 CFIB, 3.3부의 CFIL, 5.7부의 CUR, 및 0.3부의 PI를 첨가하여 조성물 1을 생성하였다.

조성물 1을, 80 마이크로미터 (3 mil) 두께의 금속 스텐실 및 인쇄 블레이드(print blade)로서 알루미늄 판을 사용하여, 금으로 도금된 0.05 ㎜ (2 mil) 두께의 구리 금속화 폴리이미드 필름 상에 스텐실 인쇄하여 샘플 (a)를 생성하였으며, 금-도금된 PET 폴리에스테르 필름 (80 마이크로미터 (3 mil) 두께)의 금-도금 면 상에 스텐실 인쇄하여 샘플 (b)를 생성하였다. 인쇄된 접착제를 가진 필름을 자외선(UV) 램프인, 미국 매릴랜드주 게이터스버그 소재의 퓨전 유브이 시스템즈(Fusion UV Systems)로부터 입수가능한 "H 전구"를 구비한 퓨전 유브이 시스템즈 램프, 모델 F300S를 통해 2회 통과시켜, 스펙트럼의 UVA 영역 내에서 790 밀리줄/센티미터² (mJ/㎠)의 총 선량을 얻었다.

UV 노출 후, 인쇄된 조성물 1은 점착성을 갖게 되었다 (즉, B-스테이지화됨). 이어서, 샘플 (a) 및 (b)에 대하여, 경화 후 접착제의 전도도를 시험하기 위해서, B-스테이지 접착제를 인듐-주석-산화물(ITO)-코팅된 PET 폴리에스테르 필름 (0.08 ㎜ (3 mil) 두께)의 ITO-코팅된 면에 접합하였다. ITO-코팅된 필름을 0.2 ㎫ (25 psi) 및 55 내지 65℃로 설정된 영 테크놀로지(Young Technology)의 정밀 열 프레스( thermal press) 내에서 접착제 상으로 10초 동안 가압하였다. 이어서, 샘플을 2개의 스테인리스 강 시트들 사이에 놓고, 120℃로 설정된 오븐 내에 30분 동안 두어 경화시켰다.

2개의 기재 표면을 탐침 검사하고, 미국 워싱턴주 에버렛 소재의 플루크 코포레이션(Fluke Corporation)에 의해 시판되는 모델 73III 멀티미터를 사용하여 접착제를 통한 저항을 측정함으로써 전도도를 시험하였다. 라미네이팅된 경화된 샘플 둘 모두는 전기 저항이 1.7 옴 이하로 우수한 전기적 상호접속을 나타냈다.

실시예 2 및 비교예 A 내지 비교예 C

490부의 ACR1, 10부의 ACR2, 250부의 EP2, 250부의 EP3을 혼합하면서 (플라스틱 병 안에서 롤링하면서) 조합하여 조성물 (조성물 2)을 제조하였다. 243부의 조성물 2에 19.5부의 FUMSIL을 첨가하였으며, 2700 rpm으로 작동하는 "DAC 600 FVZ 스피드믹서"로서 하우쉴트 엔지니어링에 의해 시판되는 원심 혼합기를 사용하여 조합된 성분들을 2분 동안 혼합하였다. CUR (24.2부)을 생성된 혼합물에 첨가하고, 이어서 1900 rpm으로 작동하는 원심 혼합기 ("DAC 600 FVZ 스피드믹서")를 사용하여 이 혼합물을 2분 동안 혼합하였다.

광개시제 용액을 ACR1 및 PI의 1:1 블렌드로부터 별도로 제조하고, 95℃에서 20분 동안 가열하여 그것을 부분 액화하였다.

이러한 광개시제 용액 (2.6부)을 252.5부의 조성물 2와 조합하고, 이어서 이를 1900 rpm으로 작동하는 원심 혼합기 ("DAC 600 FVZ 스피드믹서")를 사용하여 2분 동안 상기 rpm으로 혼합하여 조성물 3을 생성하였다. 4개의 제형을 (하기) 표 1에 나타낸 바와 같이 제조하였다.

[표 1]

상기의 각 제형은 2200 rpm으로 작동하는 원심 혼합기 ("DAC 600 FVZ 스피드믹서")를 사용하여 2분 동안 상기 rpm으로 혼합하였다. 제형 A, 제형 B, 및 제형 C는 약 10분 동안 서서히 교반하면서 진공 탈기하였다. 제형 D는 1시간 동안 교반 없이 진공 탈기하였다.

각 제형을 130 마이크로미터 (5.5 mil) 두께의 폴리에스테르 필름 내의 스탬핑된 개구들로부터 만들어진 면적 2.5 ㎝ (0.5 인치) × 3.18 ㎝ (1.25 인치)의 니켈-금 상부층 야금을 가진 솔더 마스크 검증 기판 IPC-B-25A (문헌[IPC-9201 Surface Insulation Resistance Handbook, July 1996, IPC, Northbrook, IL] 참조)에 의해 규정되는 표면 절연 저항 시험 회로를 사용하여 서로 맞물린 빗-패턴(comb-patterned)의 인쇄 회로 기판 상에 스텐실 인쇄하였다. 0.5 밀리미터의 라인 간격을 갖는 회로 패턴을 시험하였다. 각 제형의 분배된 패턴을, "H 전구"를 구비하고 6.1 m/min (20 ft/min)의 컨베이어 속도로 작동하는 퓨젼 유브이 시스템즈 램프, 모델 F300S를 사용하여 UV 광에 노출시킴으로써 B-스테이지화하였다. 485.4 mJ/㎠ UV-A 및 448.4 mJ/㎠ UV-B에서 에너지 미터 ("유브이 파워 퍽(UV POWER PUCK)", 미국 버지니아주 스털링 소재의 이아이티(EIT)로부터 입수가능함)를 사용하여 자외선광 선량(dosage)을 측정하였다. 미국 워싱턴주 에버렛 소재의 플루크 코포레이션으로부터의 모델 73III 멀티미터를 사용하여 서로 맞물린 패턴들 사이의 접속 저항을 측정하였다. 각 제형에 대하여 4개의 복제물을 측정하였다. 결과가 (하기) 표 2에 보고되어 있다.

[표 2]

표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 2 및 비교예 C는 전도성 B-스테이지 조성물을 제공하였으며, 이에 의해 조성물을 열 경화에 처하기 전에 전기적 접속의 시험 (및 잠재적 수리(repair))을 가능하게 하였다.

한 세트의 B-스테이지 인쇄 기판 (시험 패턴들 중 2개를 포함함)을 150℃에서 30분 동안 오븐 내에 두어 기판들을 C-스테이지화하였다. 서로 맞물린 패턴들 사이의 접속 저항을 다시 측정하였으며, (하기) 표 3에 보고되어 있다.

[표 2]

실시예 2 및 비교예 A 내지 비교예 C의 각각의 동일한 패턴을 패턴이 없는(bare) 폴리에스테르 필름 상에 스텐실화하였다. 이들 패턴을 또한 전술한 UV 광원에 노출시켰다. 제2 폴리에스테르 필름을 각각의 인쇄된 제형 위에 놓고, 중량을 더한 롤러(weighted roller) (2.2 ㎏, (4.5 lb))를 사용하여 압력을 가함으로써 함께 가압하였다. 이어서, B-스테이지 필름의 일체성(integrity)을 증명하기 위하여 2개의 폴리에스테르 필름을 박리하였다. 제형 비교예 A 및 비교예 B와 실시예 2의 경우, 패턴이 완전한 필름으로서 상부 폴리에스테르 층으로부터 분리되었으며, 이는 해당 물질의 전체 두께를 통한 UV 처리가 충분하다는 것을 나타낸다. 비교예 C의 경우, 해당 물질이 상부 폴리에스테르 층으로부터 깨끗이 분리되지 않았으며, 이는 해당 물질의 두께를 통한 UV 처리가 불완전하다는 것을 나타낸다.

이들 결과는 섬유 충전제를 포함하는 제형이 UV B-스테이지 후 변함없는 전기 접속을 제공할 수 있는 반면 단지 구형 입자만을 포함하는 제형은 변함없는 전기 접속을 위하여 매우 높은 로딩 수준을 필요로 함을 보여준다. 또한, 29 중량%의 로딩 수준의 경우에는 UV 처리가 140 마이크로미터 (5.5 mil) 두께를 통한 완전한 노출 및 전체 필름 특성 형성을 가능하게 하는 반면, 높은 구형 입자 로딩 수준 (77 중량%)의 경우에는 해당 물질이 불량한 스텐실 인쇄 특성을 나타냈으며 UV광 노출은 전체 필름 특성 형성을 가능하게 하지 않았다.

본 발명의 범위 및 취지를 벗어나지 않고도 본 발명의 다양한 변형 및 변경이 당업자에게 명백하게 될 것이다. 본 발명은 본 명세서에 설명된 예시적인 실시 형태들 및 실시예들로 부당하게 제한되고자 하지 않으며, 본 발명의 범주를 하기와 같이 본 명세서에서 설명되는 특허청구범위에 의해서만 제한하고자 그러한 실시예들 및 실시 형태들은 단지 예로서 제시된다는 것을 이해하여야 한다.

Claims

a) 20 내지 50 중량%의 적어도 하나의 폴리에폭사이드,
b) 20 내지 50 중량%의 적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트,
c) 20 내지 40 중량%의 전도성 섬유, 및
d) 2 내지 10 중량%의 사실상 구형인 전도성 입자 - 여기서, 성분 a) 내지 d)의 중량%는 성분 a) 내지 d)의 총 중량을 기준으로 함 - 와;
e) 유효량의 적어도 하나의 요변제(thixotrope);
f) 적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트를 위한 유효량의 광개시제; 및
g) 적어도 하나의 폴리에폭사이드를 위한 유효량의 열 경화제
를 포함하는 전도성 접착제 전구체.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트는 적어도 하나의 모노(메트)아크릴레이트 및 적어도 하나의 폴리(메트)아크릴레이트를 포함하는 전도성 접착제 전구체.
제1항 또는 제2항에 있어서, 본질적으로 무-용매인 전도성 접착제 전구체.
전도성 접착제 전구체를 제1 기재에 적용하는 단계 - 여기서, 상기 전도성 접착제 전구체는
a) 20 내지 50 중량%의 적어도 하나의 폴리에폭사이드,
b) 20 내지 50 중량%의 적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트,
c) 20 내지 40 중량%의 전도성 섬유, 및
d) 2 내지 10 중량%의 사실상 구형인 전도성 입자 (여기서, 성분 a) 내지 d) 각각의 중량%는 성분 a) 내지 d)의 총 중량을 기준으로 함)와,
e) 유효량의 적어도 하나의 요변제,
f) 적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트를 위한 유효량의 개시제, 및
g) 적어도 하나의 폴리에폭사이드를 위한 유효량의 열 경화제를 포함함 - 와;
적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트의 적어도 일부를 자유-라디칼 중합시켜 전도성 접착제 전구체를 B-스테이지 전도성 접착제 전구체로 변환시키는 단계와;
제2 기재를 B-스테이지 전도성 접착제 전구체와 접촉시키는 단계와;
적어도 하나의 폴리에폭사이드의 적어도 일부를 경화시키는 단계를 포함하는, 제1 기재를 제2 기재에 전도성 접합시키는 방법.
제4항에 있어서, 적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트는 적어도 하나의 모노(메트)아크릴레이트 및 적어도 하나의 폴리(메트)아크릴레이트를 포함하는 방법.
제4항 또는 제5항에 있어서, 전도성 접착제 전구체는 본질적으로 무-용매인 방법.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 기재 및 제2 기재는 전자 소자 구성요소를 포함하는 방법.
제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, B-스테이지 전도성 접착제 전구체는 점착성(tacky)인 방법.
a) 20 내지 50 중량%의 적어도 하나의 폴리에폭사이드,
b) 20 내지 50 중량%의 적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트,
c) 20 내지 40 중량%의 전도성 섬유, 및
d) 2 내지 10 중량%의 사실상 구형인 전도성 입자 - 여기서, 성분 a) 내지 d)의 중량%는 성분 a) 내지 d)의 총 중량을 기준으로 함 - 와,
e) 유효량의 적어도 하나의 요변제,
f) 적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트를 위한 유효량의 개시제, 및
g) 적어도 하나의 폴리에폭사이드를 위한 유효량의 열 경화제
를 포함하는 전도성 접착제 전구체의 반응 생성물을 포함하는 전도성 접착제에 의해 제2 기재에 접합된 제1 기재를 포함하는 용품.
제9항에 있어서, 적어도 하나의 자유-라디칼 중합성 (메트)아크릴레이트는 적어도 하나의 모노(메트)아크릴레이트 및 적어도 하나의 폴리(메트)아크릴레이트를 포함하는 용품.
제9항 또는 제10항에 있어서, 전도성 접착제 전구체는 본질적으로 무-용매인 용품.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 기재 및 제2 기재는 전자 소자 구성요소를 포함하는 용품.